حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين | أداة MW مجانية

حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين

تحسب حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين كتلة البروتين انطلاقًا من تسلسل أحماضه الأمينية. وتُعطى النتيجة بوحدة الدالتون (Da)، وهي الوحدة القياسية للكتلة الجزيئية. ويقارب دالتون واحد كتلة ذرة هيدروجين واحدة.

يهم الوزن الجزيئي في العمل المخبري اليومي. فهو يساعد الباحث على اختيار نسب هلام SDS-PAGE، واختيار عمود للترشيح الهلامي، والتحقق مما إذا كانت نتيجة قياس الطيف الكتلي تطابق البروتين المتوقع. والقيمة التي تعطيها الحاسبة هي وزن نظري يعتمد على التسلسل وحده. وقد تزن البروتينات الفعلية أكثر بسبب الإضافات الكيميائية التي تحدث بعد بناء البروتين، وتُسمى تعديلات ما بعد الترجمة. وتتراوح هذه الإضافات من بضعة دالتونات لمجموعة فوسفات واحدة إلى عشرات الآلاف من الدالتونات لسلاسل سكرية كبيرة.

كيفية حساب الوزن الجزيئي للبروتين

المعادلة

$MW_{protein} = \sum_{i=1}^{n} MW_{residue_i} + MW_{water}$

يساهم كل حمض أميني في السلسلة بكتلة متبقيه، وليس بكتلة الحمض الأميني الحر. وعندما يرتبط حمضان أمينيان برابطة ببتيدية، يحرر التفاعل جزيء ماء واحدًا. وتكون أوزان البقايا قد طُرح منها الماء مسبقًا، لذلك يحسب جمع التسلسل جميع الروابط الببتيدية الداخلية تلقائيًا.

بعد جمع أوزان البقايا، يُضاف مجددًا جزيء ماء واحد (18.010565 Da). ويغطي ذلك الطرفين الحرين للسلسلة: ذرة هيدروجين في البداية (النهاية النيتروجينية N) ومجموعة هيدروكسيل في النهاية (النهاية الكربوكسيلية C).

من الأخطاء الشائعة طرح الماء لكل رابطة ببتيدية ثم إضافة جزيء ماء مجددًا بصورة منفصلة. فهذا يحسب فقدان الماء مرتين، لأن أوزان البقايا أدناه تستبعده مسبقًا. ومصطلح الماء الوحيد في الحساب هو الجزيء الواحد الذي يُضاف في النهاية.

أوزان بقايا الأحماض الأمينية

هذه كتل بقايا الأحماض الأمينية أحادية النظير، بوحدة الدالتون، للأحماض الأمينية القياسية وعددها 20:

مثال محلول

لنأخذ السلسلة القصيرة ألانين-غليسين-سيرين، المكتوبة AGS.

1. اجمع أوزان البقايا: 71.03711 + 57.02146 + 87.03203 = 215.0906 Da.
2. أضف جزيء ماء واحدًا للطرفين: 215.0906 + 18.010565 = 233.101165 Da.
3. بعد التقريب إلى منزلتين عشريتين، يكون الوزن الجزيئي لـ AGS هو 233.10 Da.

لا يُطرح ماء إضافي للرابطتين الببتيديتين في هذا الببتيد الثلاثي. فهذا الفقد مضمّن مسبقًا في أوزان البقايا الثلاثة المستخدمة في الخطوة 1.

كيفية استخدام حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين

1. أدخل تسلسلًا باستخدام رموز الأحماض الأمينية القياسية المكوّنة من حرف واحد، مثل MVKMDVYKGSSIGDSMSRSM. وتعمل الأحرف الكبيرة والصغيرة على حد سواء.
2. تتحقق الحاسبة من التسلسل أثناء كتابته، وتضع علامة على أي محرف ليس واحدًا من الرموز القياسية وعددها 20.
3. تعرض الحاسبة الوزن الجزيئي بالدالتون، وطول التسلسل، وتحليلًا لتركيب الأحماض الأمينية.
4. يمكن نسخ النتائج بنقرة واحدة لاستخدامها في دفاتر المختبر أو التقارير.

قبل لصق تسلسل من قاعدة بيانات مثل UniProt، أزل سطر عنوان FASTA (السطر الذي يبدأ بـ >) وأي أرقام للمواقع من برنامج محاذاة التسلسلات. الأحرف X وB وZ وJ ليست رموزًا قياسية للأحماض الأمينية، وسيُرفض إدخالها؛ استبدلها بحمض أميني محدد قبل الحساب.

لماذا يهم الوزن الجزيئي للبروتين؟

• الرحلان الكهربائي الهلامي (SDS-PAGE): تحتاج البروتينات الصغيرة التي تقل عن 20 kDa إلى هلام ذي نسبة أعلى لتحقيق فصل جيد؛ أما البروتينات الكبيرة التي تزيد عن 100 kDa فتحتاج إلى نسبة أقل.
• الترشيح الهلامي: يحدد نطاق الوزن الجزيئي للبروتين نوع راتنج العمود الذي سيفصله على نحو مناسب.
• قياس الطيف الكتلي: يُقارن الوزن المحسوب بالوزن المقاس لتأكيد الهوية أو اكتشاف التغيرات غير المتوقعة.
• تخليق الببتيدات: يحدد الوزن الجزيئي الكمية الدقيقة من مادة البدء اللازمة لكل خطوة اقتران.
• حسابات المحاليل المنظمة والجرعات: يتطلب التحويل بين المولارية والتركيز الكتلي معرفة الوزن الجزيئي.

القيود

تعطي الحاسبة وزنًا نظريًا يعتمد على التسلسل وحده. ولا تشمل:

• تعديلات ما بعد الترجمة، مثل السلاسل السكرية المضافة أثناء الارتباط السكري ومجموعات الفوسفات المضافة أثناء الفسفرة. ويجب إضافة هذه التعديلات يدويًا أو قياسها باستخدام قياس الطيف الكتلي.
• الروابط ثنائية الكبريتيد. تزيل كل رابطة بين بقايا سيستئين اثنتين ذرتي هيدروجين، أي نحو 2.02 Da لكل رابطة. وتفترض الحاسبة أن جميع بقايا السيستئين غير مرتبطة.
• الأحماض الأمينية غير القياسية، مثل سيلينوسيستئين وبيروليسين، والبقايا المعدلة كيميائيًا مثل هيدروكسي برولين.
• العوامل المساعدة، مثل مجموعات الهيم أو أيونات المعادن المرتبطة بالبروتين.

الأسئلة الشائعة

ما الوزن الجزيئي للبروتين؟ هو الكتلة الكلية للبروتين، وتُعطى عادةً بالدالتون (Da) أو بالكيلودالتون (kDa)، حيث يعادل 1 kDa مقدار 1,000 Da. وهو يساوي مجموع أوزان بقايا الأحماض الأمينية في التسلسل مضافًا إليه جزيء ماء واحد للطرفين.

لماذا تضيف الصيغة الماء بدلًا من طرحه؟ يؤدي تكوين الرابطة الببتيدية إلى تحرير جزيء ماء، وتكون أوزان البقايا المستخدمة في المجموع قد أزيل منها ذلك الماء مسبقًا. لذلك يُضاف جزيء ماء واحد في النهاية فقط لحساب مجموعتي الهيدروجين والهيدروكسيل الحرتين عند طرفي السلسلة المكتملة.

ما مدى دقة الوزن المحسوب؟ بالنسبة إلى بروتين لا يحتوي على تعديلات كيميائية، يكون الحساب دقيقًا بقدر دقة كتل الأحماض الأمينية المستخدمة، وعادةً ضمن جزء من الدالتون. أما البروتينات الفعلية التي تحتوي على تعديلات، مثل الغلَكوزَة أو الروابط ثنائية الكبريتيد، فسيكون وزنها مختلفًا عن القيمة المحسوبة.

هل تستطيع الحاسبة التعامل مع الأحماض الأمينية المعدلة أو غير القياسية؟ لا. فهي تدعم الأحماض الأمينية القياسية وعددها 20 فقط. ولا تتعرف على سيلينوسيستئين أو بيروليسين أو البقايا المعدلة الأخرى، ويجب التعامل معها بتصحيح يدوي أو باستخدام أداة متخصصة.

كيف أحوّل الدالتونات إلى كيلودالتونات؟ اقسم على 1,000. فبروتين كتلته 25,000 Da تساوي 25 kDa. وتستخدم الأبحاث عادةً Da للببتيدات الصغيرة وkDa للبروتينات الأكبر.

لماذا لا تتطابق نتيجة الهلام أو قياس الطيف الكتلي مع الوزن المحسوب؟ أكثر الأسباب شيوعًا هي تعديلات ما بعد الترجمة، أو الروابط ثنائية الكبريتيد، أو تعرض البروتين للقطع إلى صورة ناضجة أقصر بعد الترجمة. ومن الأسباب الأخرى عدم تطابق نوع الكتلة. تعرض هذه الحاسبة الكتلة أحادية النظير، التي تستخدم أخف نظير لكل ذرة. بينما تعرض أدوات أخرى كثيرة، ومنها ExPASy ProtParam، الكتلة المتوسطة. وتكون الكتلة المتوسطة أعلى: بأقل من 1 Da للببتيد القصير، وبعشرات الدالتونات للبروتين الكبير. وقد يعرض SDS-PAGE أيضًا حزمة في موضع مضلل للبروتينات شديدة الحموضة أو شديدة القاعدية، ولذلك فهو مجرد تقدير تقريبي للوزن الجزيئي.